FONCTION ALIMENTER ET TRANSMETTRE EN ÉNERGIE

(1)

Contrôle N°02 Nom : . . . Classe : . . . . .N° . Durée : 180 mn

Page 139

MOTO-COMPRESSEUR D'AIR À PISTON

1- Présentation du support:

Dans Les ateliers, les laboratoires, les cabinets dentaires et les industries médicales, graphiques, alimentaires et de transports il y a souvent besoin d'alimenter les appareils

et machines en air comprimé. Les moto-compresseurs d'air à piston, de différents types, sont conçus pour répondre à ce besoin.

2- Principe de fonctionnement : (Voir dessin d'ensemble page 137) Le moteur entrîne vilebrequin 4+ maneton 5 en rotation par

un système poulie courroie (non représenter).

Le mouvement de rotation continu du vilebrequin 4+ maneton 5 est transformé en un mouvement de translation rectiligne alternatif du piston 9.

(Le mouvement de ce dernier est cyclique et chaque cycle comprend deux phases : Phase d'aspiration et phase de refoulement, afin de stocker de l'air sous pression dans un réservoir).

3- Situation d'évaluation N°1 :

Une société de peinture est spécialisée dans la peinture des tôles, à la suite d'un arrivage de nouvelles tôles et pour activer l'opération de peinture, vous demande de mettre en œuvre le moto- compresseur d'air à piston et de vérifier quelques performances issues de son cahier des charges.

Pour cela la réalisation des tâches suivantes s'avère nécessaire : Tâche a : ( /6,5 pts)

Après avoir pris connaissance du sujet, On vous demande sur le document réponse DR1 page 139 de découvrir le moto-compresseur d'air à piston à travers des outils d'analyse et de représentation fonctionnelle et en utilisant les ressources page 144 :

3.a.1- Compléter le diagramme bête à cornes relatif au système étudier ? 3.a.2- Établir le diagramme pieuvre relatif au système étudier ?

3.a.3- Compléter l'actigramme du niveau A

-0

du système étudier ?

3.a.4- Compléter le FAST de la fonction principale Fp par l'indication des solutions constructives associées aux fonctions techniques ? En exploitant les acquis de la 1

^er

STM et de la 2

^ème

STM.

Tâche b : ( /19,5 pts)

Dans le but d'appréhender la solution technologique choisie, d'identifier la loi d'entrée / sortie du compresseur monocylindrique. Votre participation à cette tâche se limitera à la détermination des paramètres d'entrée / sortie du système de transmission et de transformation de mouvement. Pour cela, sur le document réponse DR2 et DR3 page 140 et 141, et en exploitant les acquis

de la 2

^ème

STM, la nomenclature page 138 et les ressources page 144 : 3.b.1- Donner le nom complet du compresseur étudiée et leur symbole ? 3.b.2- Citer deux autres types de compresseur rotatif ?

3.b.3- Indiquer par C1 ou C2 l’orifice d’aspiration et celui de refoulement ? 3.b.4- Sur le dessin d’ensemble, dans quelle position se trouve le piston 7 ? 3.b.5- Donner le nom et la fonction des éléments suivants le dessin d'ensemble?

3.b.6- Compléter le tableau des liaisons (des organes du compresseur d'air à piston) ? 3.b.7- Compléter le schéma cinématique du compresseur d'air à piston?

3.b.8- Compléter la chaîne des transmissions mécanique (entre les organes du système étudier) par l'indication de la nature du mouvement de chacun des éléments par rapport au corps 1.

Poulie- courroie

(2)

Contrôle N°02 Nom : . . . Classe : . . . . .N° . Durée : 180 mn

Page 140

Tâche c : ( /11,5 pts)

Dans le cadre de votre activité dans cette société, vous êtes appelés à expliquer à un stagiaire le fonctionnement du mécanisme et le schéma de l'installation pneumatique du compresseur d'air à piston et de l'encadrer pour proposer une solution constructive afin d'économiser l'énergie

pneumatique. Et dans le but de lire le schéma pneumatique du compresseur d'air à piston et d'identifier la fonction de quelques constituants du schéma.

On Vous demande de répondre sur le document réponse DR4 page 142, et en exploitant les ressources page 144, et la nomenclature page 138 :

3.c.1- Donner le nom et la fonction des composants du schéma de l'installation pneumatique du compresseur d'air à piston?

3.c.2- Calculer le rapport de transmission entre la poulie motrice et la poulie réceptrice ? 3.c.3- En déduire la fréquence de rotation '' N

4

''de l'arbre à excentrique 4 (en tr/mn) ? 3.c.4- Déterminer la course '' C

7

’' du piston 7 (en mm) ?

3.c.5- Calculer la cylindrée '' V

cy

'' du moto-compresseur d'air à piston (en ℓ/tr) ?

3.c.6- En déduire le débit volumique '' Q

V

'' du moto-compresseur d'air à piston (en m

³

/s) ?

3.c.7- Calculer la puissance du moto-compresseur à pression maximale ? Avec : P = (P

ref

- P

adm

).Q

V

Tâche d : ( /12,5 pts)

Après avoir pris connaissance des éléments constituant le réducteur à poulies-courroie

et le moto-compresseur du dessin d'ensemble, vous êtes invités à proposer une solution constructive pour adapter l'énergie mécanique à l'arbre 4. On Vous demande de répondre sur le document réponse DR5 page 143, et en exploitant les ressources page 144, et la nomenclature page 138 : 3.d.1- La société se propose de modifier la transmission par poulie-courroie en une autre solution.

D'après la page 144, le choix de la transmission par engrenage droit à denture droite est la bonne solution.

a- Indiquer les caractéristiques : d, da, df, h, ha, hf et b, sur le dessin d'une roue dentée ? b- Quel est la condition d'engrainement de cet engrenage ?

c- Compléter la représentation graphique sans échelle de la liaison complète démontable entre l’arbre 4

et la roue dentée 36, assurer par une clavette parallèle, un entretoise 14 et un serrage en bout d’arbre par un écrou 38 ; rondelle plate 37 ?

d- Compléter le tableau des caractéristiques de l'engrenage "pignon 46 / roue 36" ?

3.d.2- Sur le Document réponse DR3 page 141 :

Tracer le segment B’C’ sur la 1

^ère

figure, correspondant

à la bielle BC en position basse pendant la rotation

du vilebrequin AB, et le segment B’’C’’ sur la 2

^ème

figure,

correspondant à la bielle BC en position haute.

(3)

Contrôle N°02 Nom : . . . Classe : . . . . .N° . Durée : 180 mn

Page 141

DESSIN D'ENSEMBLE

F -F 24

Éch el le 1:1 F orm e E

(4)

Contrôle N°02 Nom : . . . Classe : . . . . .N° . Durée : 180 mn

Page 142

NOMENCLATURE

33 1

. . .

d

33int

= 31 mm

32 1

. . .

30 3

. . .

28 1 Joint plat

27 1

. . .

26 2

. . .

42 CrMo 4

25 4 Vis CHc M2 24 8 Vis CHc M6

23 1 . . . 22 1 Bouchon

21 1 Joint torique 20 1 Bague

19 1 Axe piston 42 CrMo 4

18 1 Circlips 17 1 Rondelle

16 1

. . .

15 1 Entretoise 14 1 Entretoise

13 1

. . . .

12 1

. . .

11 1 Vis HC à téton long 10 1 Couvercle

9 1 Culasse 8 1 Corte clapets

7 1

. . .

6 1

. . .

5 1 Maneton C 45

4 1 Vilebrequin 42 CrMo 4

3 1 Palier FGL 200

2 1 Cylindre G-A9Z

1 1 Corps JGL 200

Rep Nb Désignation Matière Obs

(5)

Contrôle N°02 Nom : . . . Classe : . . . . .N° . Durée : 180 mn

Page 143

Document réponse DR1 à rendre par l'élève

Tâche a :

3.a.1- Le diagramme bête à cornes

relatif au système étudier : ( /1,5 pts)

3.a.2- Le diagramme pieuvre

relatif au système étudier : ( /1 pt)

3.a.3- L'actigramme du niveau A

-0

du système étudier : ( /1 pt)

3.a.4- Le FAST de la fonction principale Fp :

( /3 pts)

(6)

Contrôle N°02 Nom : . . . Classe : . . . . .N° . Durée : 180 mn

Page 144

Document réponse DR2 à rendre par l'élève

Tâche b :

3.b.1- Le nom complet du compresseur étudié et leur symbole : ( /1 pt)

. . .

3.b.2- Deux autres types de compresseur rotatif : ( /1 pt)

. . .

3.b.3- L'orifice d’aspiration et celui de refoulement : ( /0,5 pts)

Orifice d’aspiration :

. . .

Orifice de refoulement :

. . .

3.b.4- Sur le dessin d’ensemble, le piston 7 se trouve dans la position : ( /0,5 pts) Basse (En cercler la réponse juste) Haute

3.b.5- Le nom et la fonction des éléments suivants du dessin d'ensemble : ( /9 pts)

Pièce Nom Fonction

6

. . . . . . . . .

7

. . . . . . . . .

11

. . . . . . . . .

12

. . . . . . . . .

13

. . . . . . . . .

16

. . . . . . . . .

18

. . . . . . . . .

21

. . . . . . . . .

22

. . . . . . . . .

23

. . . . . . . . .

26(C1)

. . . . . . . . .

27

. . . . . . . . .

30

. . . . . . . . .

31

. . . . . . . . .

32

. . . . . . . . .

33

. . . . . . . . .

Forme

E

. . . . . . . . .

Symbole

(7)

Contrôle N°02 Nom : . . . Classe : . . . . .N° . Durée : 180 mn

Page 145

Document réponse DR3 à rendre par l'élève

3.b.6- Le tableau des liaisons suivant (des organes du compresseur d'air à piston) : ( /4 pts)

3.b.7- Le schéma cinématique du compresseur d'air à piston : ( /2 pts)

3.b.8- La chaîne des transmissions mécanique (entre les organes du système étudier) : ( /1,5 pts)

Tâche d :

3.d.2- Le segment B’C’ sur la 1

^ère

figure, correspondant à la bielle BC en position basse pendant la rotation du vilebrequin AB, et le segment B’’C’’ sur la 2

^ème

figure,

correspondant à la bielle BC en position haute.

1

^ère

figure 2

^ème

figure

E ZZ@ HR @ OUI

(8)

Contrôle N°02 Nom : . . . Classe : . . . . .N° . Durée : 180 mn

Page 146

Document réponse DR4 à rendre par l'élève

Tâche c :

3.c.1- Le nom et la fonction simplifier des composants du schéma de l'installation pneumatique du compresseur : ( /3,5 pts)

Repère Nom Fonction

1

. . . . . . .

2

. . . . . . .

3

. . . . . . .

4

. . . . . . .

5

. . . . . . .

6

. . . . . . .

7

. . . . . . .

8

. . . . . . .

9

. . . . . . .

10

. . . . . . .

12

. . . . . . .

13

. . . . . . .

14

. . . . . . .

15

. . . . . . .

3.c.2- Le rapport de transmission entre la poulie motrice et la poulie réceptrice : ( /1 pt)

. . . . . .

3.c.3- La fréquence de rotation '' N

4

''de l'arbre 4 (en tr/mn) : ( /1 pt)

. . . . . .

3.c.4- La course '' C

7

’' du piston 7 (en mm) : ( /1 pt)

. . .

3.c.5- La cylindrée '' V

cy

'' du moto-compresseur (en ℓ/tr) : ( /1 pt)

. . . . . .

3.c.6- Le débit volumique '' Q

V

'' du moto-compresseur (en m

³

/s) : ( /2 pts)

. . . . . .

3.c.7- La puissance du moto-compresseur à pression maximale : ( /2 pts)

. . . . . .

(9)

Contrôle N°02 Nom : . . . Classe : . . . . .N° . Durée : 180 mn

Page 147

Document réponse DR5 à rendre par l'élève

Tâche d :

3.d.1- Changement d'une solution constructive : a- Les caractéristiques d'une roue dentée : d, da, df, h, ha, hf et b. ( /1,5 pts)

b- La condition d'engrainement de cet engrenage :

. . .

( /0,5 pts)

c- La liaison complète démontable entre l’arbre 4 et la roue

dentée 36, sans l’échelle, assurer par une clavette parallèle, un entretoise 14 et un serrage en bout d’arbre par écroue 38, et rondelle plate 37 : ( /4 pts)

d- Tableau des caractéristiques de l'engrenage "pignon 46 / roue 36" : ( /3 pts)

m Z d ha hf h da df Pas a

Formule

^{. . .} ^{. . .} ^{. . .} ^{. . .} ^{. . .} ^{. . .} ^{. . .} ^{. . .}

Pignon 46 2

^{. .}

24

. . . .

Roue 36

^{. .} ^{. .}

60

. . . .

38 37

Rainure de clavette

(10)

Contrôle N°02 Nom : . . . Classe : . . . . .N° . Durée : 180 mn

Page 148

Document ressources

Fp : Produire et stocker l'air comprimé dans un réservoir.

Fc1 : S'adapter à la source d'énergie électrique.

Fc2 : Résister aux agressions de l'environnement.

Fc3 : Sécuriser l'utilisateur.

Fc4 : Être esthétique.

Les fonctions de services du compresseur d'air à piston

Les éléments de l'actigramme niveau A

-0

du compresseur d'air à piston

- Eau - Bruit - Réglages - Air ambiant - Air comprimé - Compte-rendu - Énergie électrique - Énergie calorifique - Ordres de commande - constituer et maintenir automatiquement une réserve d'air comprimé.

Schéma de l'installation

pneumatique du compresseur d'air à piston

Les caractéristiques de la fonction principale du compresseur d'air à piston

- Fréquence de rotation du moteur N

m

= 1500 tr/mn - Pression minimale : P

min

= 6 bars

- Pression maximale : P

max

= 8 bars - Volume du réservoir : 100 litre

- Diamètre poulie motrice : d

m

= 48 mm - Diamètre poulie réceptrice : d

r

= 120 mm - L'excentrique e = 11 mm

- Fréquence de rotation de la poulie réceptrice N

r

= ?

- Rapport de réduction entre les poulies : r = N

r

/ N

m

= d

m

/ d

r

Comparaison des principaux

systèmes de transmission

de puissance

(11)

Contrôle N°02 Nom : . . . Classe : . . . . .N° . Durée : 180 mn

Page 149

MOTO-COMPRESSEUR D'AIR À PISTON

Document réponse DR1 à rendre par l'élève Tâche a :

3.a.1- Le diagramme bête à cornes

relatif au système étudier : ( /1,5 pts)

3.a.2- Le diagramme pieuvre

relatif au système étudier : ( /1 pt)

3.a.3- L'actigramme du niveau A

-0

du système étudier : ( /1 pt)

3.a.4- Le FAST de la fonction principale Fp :

( /3 pts)

(12)

Contrôle N°02 Nom : . . . Classe : . . . . .N° . Durée : 180 mn

Page 150

Document réponse DR2 à rendre par l'élève

Tâche b :

3.b.1- Le nom complet du compresseur étudié et leur symbole : ( /1 pt) Compresseur volumétrique alternatif à piston à un seul sens de flux 3.b.2- Deux autres types de compresseur rotatif : ( /1 pt)

Compresseur rotatif à palettes, Compresseur rotatif à engrenages 3.b.3- L'orifice d’aspiration et celui de refoulement : ( /0,5 pts)

Orifice d’aspiration : C1

Orifice de refoulement : C2

3.b.4- Sur le dessin d’ensemble, le piston 7 se trouve dans la position : ( /0,5 pts) Basse (En cercler la réponse juste) Haute

3.b.5- Le nom et la fonction des éléments suivants du dessin d'ensemble : ( /9 pts)

Pièce Nom Fonction

6 Bielle Transforme le mvt de rotation continu en un mvt de translation alternatif, le système est réversible

7 Piston Aspire et refoule le fluide 11 Vis HC-TL Bouchon de lubrification 12 Roulement BC Facilite le guidage en rotation

13 Entretoise Arrêt en translation des bagues extérieures

16 Coussinet Réalise le guidage en rotation en diminuant le frottement 18 Circlips ''arbre" Arrêt en translation du coussinet + la bielle

21 Joint torique Réalise l'étanchéité statique

22 Vis H Bouchon de vidange

23 Vis CHc Assemblage entre 10 / 1 26(C1) Clapet anti retour Trou d'aspiration

27 Joint plat Réalise l'étanchéité statique 30 Joint métallique Réalise l'étanchéité dynamique 31 joint plat Réalise l'étanchéité statique 32 Écrou H Freinage de la vis 11

33 Chemise Pour protéger le cylindre 2 (c'est une pièce interchangeable) E ailes Pour le refroidissement du mécanisme

Symbole

(13)

Contrôle N°02 Nom : . . . Classe : . . . . .N° . Durée : 180 mn

Page 151

Document réponse DR3 à rendre par l'élève

3.b.6- Le tableau des liaisons suivant (des organes du compresseur d'air à piston) : ( /4 pts)

3.b.7- Le schéma cinématique du compresseur d'air à piston : ( /2 pts)

3.b.8- La chaîne des transmissions mécanique (entre les organes du système étudier) : ( /1,5 pts)

Tâche d :

3.d.2- Le segment B’C’ sur la 1

^ère

figure, correspondant à la bielle BC en position bass pendant la rotation du vilebrequin AB, et le segment B’’C’’ sur la 2

^ème

figure,

correspondant à la bielle BC en position haute.

1

^ère

figure 2

^ème

figure

E ZZ@ HR @ OUI

B'

B'' C'

C''

(14)

Contrôle N°02 Nom : . . . Classe : . . . . .N° . Durée : 180 mn

Page 152

Document réponse DR4 à rendre par l'élève

Tâche c :

3.c.1- Le nom et la fonction simplifier des composants du schéma de l'installation pneumatique du compresseur : ( /3,5 pts)

Repère Nom Fonction

1 Liaison mécanique Accoupler l'arbre moteur et l'arbre du compresseur 2 Compresseur à 1 seul

sens de flux Compresser l'air et stocker dans un réservoir 3 Conduite d'aspiration Acheminer le fluide vers le compresseur 4 Filtre Filtrer le fluide avant d'être acheminer vers

l'installation

5 Conduite de travail Acheminer le fluide vers l'installation

6 Distributeur 2 / 2 Gérer l'ouverture ou la fermeture des voies de passage du fluide

7 Clapet de non retour Permet le passage du fluide dans un seul sens 8 Réservoir Contenir la quantité de fluide nécessaire à

l'alimentation du circuit

9 Manomètre Contrôler la pression d'utilisation 10 Limiteur de pression Protéger les organes de l'installation 12 Groupe de

conditionnement

Contrôler la pression, lubrifier l'installation et de filtrer le fluide utilisé

13 Vanne Robinet d'ouverture ou fermeture

14 Purgeur Éliminer l'eau du réservoir

15 Conduite d'évacuation Acheminer le fluide vers le réservoir

16 Réservoir Contenir la quantité de fluide éliminé du réservoir 3.c.2- Le rapport de transmission entre la poulie motrice et la poulie réceptrice : ( /1 pt)

r = N

r

/ N

m

= d

m

/ d

r

= 48 / 120 = 0,4

3.c.3- La fréquence de rotation '' N

4

''de l'arbre 4 (en tr/mn) : ( /1 pt) N

7

= N

r

= N

m

.r = 1500.0,4 = 600 tr / mn

3.c.4- La course '' C

7

’' du piston 7 (en mm) : ( /1 pt) C

7

= 2.e = 2.11 = 22 mm

3.c.5- La cylindrée '' V

cy

'' du moto-compresseur (en ℓ/tr) : ( /1 pt) V

cy

= C

7

.S

7

= C

7

.𝝅.(d

33

)

²

/4 = 0,22.3,14.(0,31)

²

/ 4 = 16,596.10

^-3

ℓ/tr 3.c.6- Le débit volumique '' Q

V

'' du moto-compresseur (en m

³

/s) : ( /2 pts) Q

V

= V

cy

.N

7

/ 60 = 16,596.10

^-3

.10

^-3

.600 /60 =16,596.10

^-5

m

³

/s

3.c.7- La puissance du moto-compresseur à pression maximale : ( /2 pts)

P = (P

ref

- P

adm

).Q

V

=(8 - 1).10

⁵

.16,596.10

^-5

= 116,172 W

(15)

Contrôle N°02 Nom : . . . Classe : . . . . .N° . Durée : 180 mn

Page 153

Document réponse DR5 à rendre par l'élève

Tâche d :

3.d.1- Changement d'une solution constructive : a- Les caractéristiques d'une roue dentée : d, da, df, h, ha, hf et b. ( /1,5 pts)

b- La condition d'engrainement de cet engrenage : Même module '' m’'

( /0,5 pts)

c- La liaison complète démontable entre l’arbre 4 et la roue

dentée 36, sans l’échelle, assurer par une clavette parallèle, un entretoise 14 et un serrage en bout d’arbre par écroue 38, et rondelle plate 37 : ( /4 pts)

d- Tableau des caractéristiques de l'engrenage "pignon 46 / roue 36" : ( /3 pts)

m Z d ha hf h da df Pas a

Formule m.Z m 1,25.m 2,25.m d+2.m d-2,5.m 𝝅.m m.(Z

46

+Z

36